Modulo Formativo Fisica del Volo
Resoconto IV incontro
Venerdì 14 gennaio 2010, 14:30-17:30
Sede: Museo dell’Aeronautica Gianni Caproni
Docenti presenti: T. López-Arias
Prima di iniziare con l’argomento del IV incontro, si fa un breve riassunto di quanto
esposto nell’incontro precedente, dedicato all’origine della portanza come
conseguenza della curvatura del flusso d’aria (azione = viscosità) e del III principio
della dinamica (reazione = portanza).
Parte IV Modulo Formativo
Il vento in galleria
L’obiettivo dell’ultimo incontro è la discussione del funzionamento della galleria del
vento come strumento fondamentale nella progettazione di velivoli, in particolare, e
dello studio del comportamento di flussi attorno a solidi (nell’ambito dell’ingegneria
civile, per esempio), più in generale.
Storicamente la galleria del vento ebbe un ruolo fondamentale nella riuscita del
primo aereo progettato dai fratelli Wright, il Flyer. Dietro la galleria del vento si
nasconde il concetto di similitudine fluidodinamica. La similitudine fluidodinamica
tra due flussi significa che questi possono mostrare un comportamento dinamico
analogo, pur trattandosi di fluidi diversi (densità e viscosità diverse) e in condizione
dinamiche diverse (velocità, pressione), purché una certa combinazione di questi
parametri rilevanti sia la stessa. Allo stesso modo, due fluidi diversi che
interagiscono con due solidi diversi (purché geometricamente simili), possono avere
un comportamento dinamico del tutto indistinguibile uno dall’altro se la
combinazione dei parametri rilevanti del problema, ovvero, densità e viscosità del
fluido, velocità del flusso e dimensioni del solido, risulta avere lo stesso valore. Il
parametro adimensionale che permette di caratterizzare dinamicamente un flusso è
il Numero di Reynolds, Re. Questo parametro, è definito come Re
UL
dove ρ e μ
sono, rispettivamente, la densità e viscosità del fluido, U è la velocità del flusso e L è
1
la dimensione caratteristica del problema1. Nel caso dell’ala di una aeroplano,
questa è solitamente la corda dell’ala.
Il numero di Reynolds permette inoltre di caratterizzare i flussi come laminari (a
basso Re) o turbolenti (alto Re), aspetto che fu messo in evidenza per la prima volta
da Reynolds studiando flussi liquidi in condotte.
La galleria del vento come strumento didattico
La galleria del vento didattica permette di mostrare alcuni aspetti fondamentali sulla
fisica del volo che sono stati presentati durante il modulo:
i) la dipendenza della portanza con l’angolo di attacco
ii) la dipendenza della portanza con la velocità del vento2
iii) la dipendenza della resistenza dalla forma dei profili e quindi il significato di
resistenza di forma
iv) la dipendenza della resistenza dall’area (a parità di forma)
Questi semplici esperimenti con la galleria del vento permettono di discutere sul
concetto di similitudine geometrica, sui fattori di scala, sull’ordine di grandezza.
Permettono anche di fare piccoli conti numerici da cui estrarre interessanti
considerazioni. Il concetto di similitudine aerodinamica permette inoltre di fare
svariati collegamenti con altre discipline: biologia, geologia, meteorologia,
astrofisica, per citare alcune.
Con un ultimo incontro di progettazione e discussione aperta sugli argomenti trattati
si conclude il Modulo Formativo e partono le attività di sperimentazione nelle
singole classi. Durante questo incontro si discuterà anche sulle modalità e
argomenti dei possibili lavori di approfondimento da proporre agli studenti come
conclusione delle attività in classe, nel Museo dell’Aeronautica Gianni Caproni e in
Dipartimento a Povo.
1
La dimensione caratteristica del problema va scelta per ogni particolare problema (corda dell’ala, diametro di una
condotta, diametro del pilone di un ponte, profondità di un fiume..)
2
La galleria non permette misure quantitative sufficientemente accurate per mostrare che la portanza dipende dal
quadrato della velocità. Tuttavia si può osservare che la portanza aumenta con la velocità
2
Per concludere, un aspetto molto importante da non trascurare durante lo
svolgimento delle attività in classe è l’inserimento di cenni storici sia in ambito
scientifico che umanistico. La storia dell’aeronautica non è solo un punto di partenza
eccezionale per capire lo sviluppo della fisica e della tecnologia prettamente legata
al volo. Questo sviluppo scientifico e tecnologico è strettamente legato al corso
storico del primo quarto del secolo scorso. I suoi protagonisti, con le loro vicende
personali, possono offrire un infinità di spunti interessanti per mettere nella giusta
prospettiva e rendere più accattivante quanto presentato.
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